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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberEP0093869 B1
Publication typeGrant
Application numberEP19830102973
Publication date29 Apr 1987
Filing date25 Mar 1983
Priority date10 Apr 1982
Also published asDE3213434C1, DE3310486A1, DE3310486C2, EP0093869A1, US4695283, US4704686
Publication number1983102973, 83102973, 83102973.1, EP 0093869 B1, EP 0093869B1, EP-B1-0093869, EP0093869 B1, EP0093869B1, EP19830102973, EP83102973
InventorsGünther Dr. med. Aldinger
ApplicantGünther Dr. med. Aldinger
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: Espacenet, EP Register
Individually formed joint endo prostheses
EP 0093869 B1
Abstract  available in
Images(7)
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Claims(11)
1. A joint endoprosthesis (16) having an anchorage shaft (14, 14') which is intended for insertion into a bone cavity (13) created from a bone opening (12,32), is subdivided into individual portions (17) of different cross-section, and has a rectilinear region, characterised in that the anchorage shaft (14, 14') is divided into individual steps (17, 17', 17"), at least in the shaft regions (X, Y) in which a supporting of the anchorage shaft (14, 14') against the bone (10, 30) is effected, which in each case extend all round and which at least in the rectilinear region of the anchorage shaft from its end (18) remote from . the joint succeed one another without undercuts and result in the anchorage shaft (14, 14') widening in a funnel-like manner and the contour thereof adapted, at least over the circumferential region in which a supporting of the steps against the bone (10, 30) is effected, individually to that cross-section of the bone cavity (13) which, with the endoprosthesis (16) inserted, is present at the location of the individual steps (17, 17', 17"), in which respect the individual adaptation has been brought about by the following steps:
a) production of several true-to-scale regional images, selected in accordance with the prosthesis shaft steps (17, 17', 17"), of the bone (10, 30) that is to be provided with the endorprosthesis by means of computer tomography or nuclear-spin resonance tomography;
b) determination of the region, to be occupied by the endorposthesis (16), in the individual representations and storage of this regional data;
c) spatial combination of the image regions with the aid of the stored regional data;
d) checking and modification of the values of the spatial combination in accordance with predetermined criteria, auch as cross-sectional reduction in a predetermined direction, surface relief formation, cavity formation, loadability, material constants;
e) production of the endorprosthesis (16) with the aid of the checked and modified stored combination values.
2. An endoprosthesis according to claim 1, characterised in that the anchorage shaft (14, 14'), in the region of its end close to the joint, widens more severely in a funnel-like manner than in its regions remote from the joint.
3. An endoprosthesis according to claim 1 or 2 as a hip endoprosthesis, characterised in that its anchorage shaft (14) is constructed aligned at a so-called antetorsion plane (23, 23', 23") which is selected in accordance with the antetorsion angle of the jointhead neck portion of the bone that is to be replaced.
4. An endoprosthesis according to claim 3, characterised in that the so-called antetorsion plane (23', 23") extends in a curved manner and/or has a limited twist.
5. An endoprosthesis according to one of claims 1 to 4, characterised in that the edges (22) of the steps (17') of the anchorage shaft are chamfered.
6. An endoprosthesis according to one of claims 1 to 5, characterised in that the steps (17) of the anchorage shaft (14, 14') in the preferred supporting shaft regions (X, Y) and/or the curved regions of the shaft (14) have a smaller height than in the remaining shaft regions.
7. An endoprosthesis according to one of claims 1 to 6, characterised in that the stepped anchorage shaft (14') at its end adjacent the joint carries a plate (33) which covers the bone opening (32) and which has an edge flange (34) which surrounds the edge (35) of the bone sectional area (31) containing the bone opening (32) and which is adapted to the edge course.
8. An endoprosthesis according to one of claims 1 to 7, characterised in that with its anchorage shaft (14, 14') it is formed from a cast, forged or pressed blank (40) by means of material-removing tools.
9. An endoprosthesis according to claim 8, characterised in that its blank (40) has at both ends subsequently removable attachment bodies (41) which forms clamping or centring surfaces.
10. A method of producing an individual multidimensional joint endoprosthesis according to one of claims 1 to 9, characterised in that a star raster is applied, with the star point (45) lying on a reference axis (16a), to the determined regional images of the bone (10, 30) and on the individual star lines (46) the points (47, 48) are determined which, connected together, result in the contour (49) of the endoprosthesis step (17) associated with this region.
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft eine Gelenkendoprothese mit einem zum Einsetzen in einen von einer Knochenöffnung aus geschaffenen Knochenhohlraum bestimmten, in einzelne Abschnitte unterschiedlichen Querschnitte unterteilten, einer geradlinigen Bereich aufweisenden Verankerungsschaft. The invention relates to a joint prosthesis with a for insertion into a hole created by a bone from bone cavity particular, divided into sections of different cross-sections, a straight line portion having anchoring stem.
  • [0002] [0002]
    Bei Prothesen, insbesondere Endoprothesen, hat sich die dauerhafte Verankerung der Prothesen als ein Hauptproblem herausgestellt, dies gilt sowohl für totale Endoprothesen (z. B. nach Hüftkopf-Hals-Resektion) als auch für Gelenkflächenersatz-Endoprothesen (z. B. Hüftkopfkappen-, Knieschlitten-Endoprothesen) sowie deren Kombinationen (z. B. Oberschenkelanteil einer Knietotalendoprothese). In prostheses, particularly endoprostheses, the permanent anchoring the prosthesis has been found to be a major problem, this applies both to total joint replacement (z. B. after femoral head-neck resection) as well as articular surface replacement prostheses (z. B. femoral head cap, knee endoprostheses carriage) and their combinations (z. B. thigh portion of a total knee replacement). Der Variation der durch die Prothesen oder Implantate zu ersetzenden natürlichen Körperteile in Größe, Formgebung, Struktur, Winkelstellung, Längen- und Breitengestaltung usw. steht eine relativ geringe Anzahl konfektionierter Prothesen oder Prothesenteile, Stütz- oder Volumenersatzteile aus verschiedenen Werkstoffen gegenüber. The variation of the replaced by dentures or implants natural body parts in size, shape, structure, angular position, the latitude and design etc. is offset by a relatively small number of pre-prosthesis or prosthetic parts, support or volume parts made of different materials. Dies bedeutet, daß der Chirurg in den meisten Fällen gezwungen ist, eine Anpassung der umliegenden oder zur Verankerung der Endoprothese herangezogenen Knochen des Patienten an das vorgegebene Prothesenmodell vorzunehmen. This means that the surgeon in most cases is forced to make an adjustment to the surrounding or to anchor the endoprosthesis relied on the patient's bone to the prosthesis model specified. In den überwiegenden Fällen bedeutet dies, insbesondere bei oberflächenverankerten Endoprothesen, die Entfernung von Knochensubstanz zur Anpassung oder Einpassung der konfektionierten Prothese, wobei zwangsläufig an der Protheseneinsatz- oder -ansatzstelle wertvolle, an dort auftretende Druck-, Zug- und Torsionskräfte angepaßte Knochenstruktur beeinträchtigt wird. In the majority of cases, this means, especially in surface-anchored prostheses, removal of bone to adapt or fit of the prefabricated prosthesis, which is inevitably affected the Protheseneinsatz- or -ansatzstelle valuable, adapted to occurring there compressive, tensile and torsional bone structure. Bei der konventionellen, schaftimplantierten Endoprothese (z. B. einer Hüftendoprothese), muß ein relativ schmächtiger Prothesenstiel in einem relativ weiten natürlichen Knochenschaft verankert werden. In the conventional schaftimplantierten endoprosthesis (z. B. THA), a relatively slender stem prostheses must be anchored in a relatively wide natural bone shaft. Läßt man hier Spongiosa stehen, ist deren Balken- oder Maschenstruktur trotzdem gestört, so daß sie ihre ursprüngliche Stützfunktion nicht mehr erfüllen kann. Allowed to stand here cancellous bone, the bar or mesh structure is still disturbed, so that they can no longer perform their original support function. Bei der zementverankerten konventionellen Endoprothese wird die Spongiosa weitgehend entfernt und der dann zwischen Prothese und Compacta des Knochens verbleibende Freiraum wird durch Einbringen eines Füllmaterials, z. B. Knochenzement, ausgefüllt. In the cement anchored conventional endoprosthesis the cancellous bone is largely removed and then remaining between the prosthesis and the bone Compacta free space is filled by introducing a filler such. As bone cement. Dieses Verfahren hat jedoch sowohl bei der konventionellen totalen Endoprothese als auch bei der Oberflächenersatzendoprothese und deren Kombination in Abhängigkeit von der Implantationstechnik, der Schichtdicke des Zementes, der Elastizitätskoeffizienten und des Implantationszeitraumes langfristig enttäuscht (siehe z. B. Harris WH "Bony Ingrowth Fixation of Acetabular Components for Canine Total Hip Replacement", 27. Ann. Meeting Orth. Res. Soc., 1981, Vol. 6, Seite 74). This method has, however, long-term disappointed both in the conventional total endoprosthesis and in the Oberflächenersatzendoprothese and their combination, depending on the implantation technique, the layer thickness of the cement, the elastic coefficient and the implantation period (see, for. Example, Harris WH "Bony ingrowth fixation of acetabular Components for Canine Total Hip Replacement ", 27th Ann. Meeting Orth. Res. Soc., 1981, Vol. 6, page 74).
  • [0003] [0003]
    Es wurden zwar bereits zementfreie Implantationsmöglichkeiten gesucht, und es wurde versucht, durch großvolumige Prothesenschäfte, längere Prothesenschäfte und ein besseres Prothesenschaft- und Prothesendesign mit weniger Zement bzw. dünneren Zementschichten auszukommen. While it cementless implantation possibilities have already been searched, and attempts were made to get along by large-volume prosthetic sockets, longer prosthetic sockets and a better Prothesenschaft- and prosthesis design with less cement or cement thinner layers. Diese Versuche müssen aber praktisch als gescheitert angesehen werden, da es einfach nicht möglich ist, mit konfektionierten, also vorgefertigten Prothesen mit einer realistischen Anzahl von unterschiedlichen Größen die Variationsbreite menschlicher Gelenke und Gelenkanteile zu erfassen, selbst wenn Endoprothesen mit zur Anpassung verstellbaren Teilen verwendet werden. These tests must be practically regarded as a failure because it is simply not possible with assembled, so prefabricated prosthesis with a realistic number of different sizes to detect the variation of human joints and joint parts, even if endoprostheses are used with adjustable to adapt parts.
  • [0004] [0004]
    Das erwähnte Hauptproblem der mit der Zeit auftretenden Lockerung der Endoprothesen muß in der mangelnden Paßgenauigkeit der an- oder einzupassenden, industriell gefertigten Prothesen bei den praktisch unendlichen Variationsmöglichkeiten der Gelenkanteile gesehen werden. The mentioned main problem of relaxation occurring at the time of the endoprostheses has to be seen in the lack of registration of the other or be fitted, industrially produced prostheses in virtually infinite variations of the joint parts. Dies gilt bei Gelenken sowohl für den totalen als auch für den Gelenkflächenersatz oder deren Kombinationen. This applies to joints for both the total and for the replacement articular surface or combinations thereof. Schon beim Oberflächenersatz müssen z. T. wichtige kraftaufnehmende und kraftverteilende Knochenstrukturen (harte Knochenrinde, Corticalis) oder gelenknahes Knochengeflecht (Spongiosa) zur Kraftaufnahme und Verteilung beispielsweise in das corticale compacte Knochenschaftrohr entfernt oder bestehende Inkongruenzen durch Füllmaterial ausgeglichen werden. Already resurfacing must z. T. important force-and kraftverteilende bone structures (hard cortical bone, cortical bone) or joint proximal bone braid (cancellous bone) away to record the force and distribution, for example, in the cortical compacte bone shaft tube or incongruities may be covered by fill material.
  • [0005] [0005]
    Man hat nun versucht, die Verankerungsprobleme mit einer Endoprothese zu lösen, deren Verankerungsteil in einzelne Abschnitte unterteilt ist, die über elastische Schichten miteinander verbunden sind, die einen runden Querschnitt haben und gegeneinander so versetzt angeordnet sind, daß aufeinanderfolgende Abschnitte an gegeneinander versetzten Umfangsstellen gegen die Wandung einer Knochenhöhle zwecks Abstützung zur Anlage kommen (DE-A- 31 23 939). Attempts have been made, the anchoring problems to be solved with an endoprosthesis, which anchoring part is divided into sections, which are connected together via elastic layers, which have a circular cross section and are arranged against one another offset so that successive portions at mutually offset circumferential positions against the wall of a bone cavity in order to support come to rest (DE-A 31 23 939). Eine solche Endoprothese hat den Nachteil, daß die runden Schaftabschnitte praktisch immer nur an einer einzigen Stelle zur Anlage gegen den Knochen gelangen. Such an endoprosthesis has the disadvantage that the round shank portions almost always come only from a single place to rest against the bone. Auch entstehen bei einer solchen Schaftgestaltung zwangsläufig Hinterschneidungen zwischen den einzelnen scheibenförmigen Schaftabschnitten. Also arise in such a socket design necessarily undercuts between the disk-shaped shaft sections. Die Abstützung ist zu gering, was einen Knochenschwund an den nicht belasteten Knochenwandungsstellen begünstigt. The support is too low, which favors a bone loss in the non-loaded Knochenwandungsstellen. In die Hinterschneidungsteile wächst weiches Knochengeflecht (Spongiosa) ein, das nach einer späteren Schrumpfung des Knoches mit einem Zurückweichen der Knochenrinde (Corticalis) nicht imstande ist, die Prothese zu stützen, die dann unter Abscherung des Knochengeflechtes tiefer gedrückt wird. In the undercut-soft bone braid (cancellous bone) grows one that after a subsequent shrinkage of Knoches with a retreat of the cortical bone (cortical bone) is unable to support the prosthesis, which is then pressed deeper under shearing of the bone braid.
  • [0006] [0006]
    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkendoprothese der eingangs genannten Art individuell anatomisch zu gestalten und dadurch eine optimale und dauerhafte Verankerung sowie eine optimale Biomechanik der Endoprothese zu ermöglichen. The invention has for its object to make a joint endoprosthesis of the type mentioned individually anatomically and thereby enable an optimal and long-lasting bond and optimal biomechanics of the endoprosthesis.
  • [0007] [0007]
    Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verankerungsschaft mindestens in den Schaftbereichen, in welchen eine Abstützung des Verankerungsschaftes am Knochen erfolgt, in einzelne, jeweils rundum verlaufende Stufen gegliedert ist, die mindestens in dem geradlinigen Bereich des Verankerungsschaftes von seinem gelenkfernen Ende aus ohne Hinterschneidungen aufeinanderfolgen und einen sich trichterartig erweiternden Verankerungsschaft ergeben und deren Kontur mindestens über den Umfangsbereich, in welchem eine Abstützung der Stufen am Knochen erfolgt, individuell an denjenigen Querschnitt des Knochenhohlraumes angepaßt ist, der bei eingesetzter Endoprothese an der Stelle der einzelnen Stufen vorliegt, wobei die individuelle Anpassung durch folgende Schritte bewirkt worden ist: The stated object is achieved in that the anchoring rod is divided at least into the stem regions in which a support of the anchoring stem occurs in the bone, single, each running all around stages, from its hinge remote end without at least in the linear region of the anchor shank consecutive undercuts and result in a funnel-like widening anchoring shaft and the contour of which is individually adapted at least over the peripheral region, in which a support of the steps is carried out on the bone at those cross-sectional view of the bone cavity which is present in inserted endoprosthesis at the site of the individual stages, the individual adjustment has been effected by the following steps:
    • a) Herstellung mehrerer maßstabsgerechter, nach den Prothesenschaftstufen ausgewählter Bereichsbilder von dem mit der Endoprothese zu versehenden Knochen mittels der Computer-Tomographie oder Kernspin-Resonanz-Tomographie; a) Preparation of several to scale, according to the prosthesis stem levels of selected images from the area with the endoprosthesis to be provided by means of bone by computed tomography or magnetic resonance resonance imaging;
    • b) Erfassung des von der Endoprothese einzunehmenden Bereiches in den einzelnen Abbildungen und Speicherung dieser Bereichsdaten; b) detecting the area taken by the endoprosthesis in the individual images and storage of this data area;
    • c) räumliche Kombination der Bildbereiche anhand der gespeicherten Bereichsdaten; c) spatial combination of image regions based on the stored field data;
    • d) Überprüfung und Modifikation der Werte der räumlichen Kombination nach vorgegebenen Kriterien, wie Querschnittsverjüngung in einer vorgegebenen Richtung, Oberflächenreliefbildung, Hohlraumbildung, Belastbarkeit, Materialkonstanten; d) review and modification of the values of the spatial combination according to specified criteria, such as cross-sectional narrowing in a given direction, surface relief formation, cavitation, resilience, material constants;
    • e) Herstellung der Endoprothese anhand der überprüften und modifizierten gespeicherten Kombinationswerte. e) Preparation of the endoprosthesis, based on verified and modified stored combination values.
  • [0008] [0008]
    Zwar ist es bereits bekannt, bei der Herstellung von Zahnersatz durch eine berührungslose Abtastung von Zahnlücken und Zahnkavitäten ein räumliches Bild von der Einsätz- oder Ansatzstelle eines Zahnersatzteiles zu erhalten (EP-A- 0 040 165). Although in the manufacture of dental prostheses by a non-contact scanning of missing teeth and dental cavities, it is already known that a spatial image of the Einsätz- or point of attachment of a dental prosthesis to obtain (EP-A-0040165). Dabei soll die Abtastung durch Holographie oder mittels Laserstrahlen durchgeführt werden, und aus den Meßwerten soll dann die Form des Zahnersatzteiles oder einer anderen Prothese bestimmt werden. The scanning holography or by means of laser beams to be performed, and the shape of the dental prosthesis or other prosthesis is to be determined from the measured values. Diese optische Abtastung ist nur bei außenliegenden Prothesen möglich. This optical scanning is only possible with external prostheses. Zwar ist es ebenfalls bekannt, mit Hilfe der Computer-oder Kernspin-Tomographie auch nicht freiliegende Knochen zu erfassen und mit Computerhilfe aus den Meßdaten eine Nachbildung dieses Knochens zu erhalten. While it is also known, with the aid of the computer or nuclear spin tomography not to detect exposed bone and with computer assistance from the measured data to obtain a replica of this bone. Bei der Gelenkendoprothese gemäß der Erfindung geht es aber nicht einfach um den Ersatz eines Knochens oder die Schaffung einer in ihrer Formgestaltung relativ großen Spielraum lassenden Zahnprothese, sondern darum, das Problem der Verankerung einer Endoprothese auf oder in einem Knochen zu lösen, ohne daß ein nachträgliches Lockern der Endoprothese befürchtet werden muß. But at the joint endoprosthesis according to the invention, it is not simply the replacement of a bone or the creation of a in their shape relatively large margin transmitting denture, but to solve the problem of anchoring an endoprosthesis on or in a bone without a subsequent loosening of the prosthesis to be feared. Die Erfindung geht also über die Schaffung einer maßstabsgerechten Nachbildung eines Körperteiles über einzelne auf Schichtplatten übertragene Bereichsbilder hinaus und führt zu einer individuell gestalteten Endoprothese, die in der Regel nicht nur ein genaues Abbild eines zu ersetzenden Knochens sein soll, sondern eine in einem insbesondere durch die Computer-Tomographie erfaßten Knochen zu verankernde Endoprothese sein muß. The invention thus goes beyond creating a scaled replica of a body part beyond single transferred to layer plates framer and leads to a custom endoprosthesis should not only be an exact replica of a bone to be replaced as a rule, but an in particular by Computer tomography detected bone must be anchored to the endoprosthesis. Übereinstimmung mit dem Gegenstand der EP-A-0 040 165 besteht nur in der übergeordneten allgemeinen Aufgabenstellung, einem Menschen eine an einer Stelle seines Körpers passende Prothese vorzubereiten, ohne daß hierzu am Menschen unter Eingriffen oder Schmerzeinwirkung Maß genommen werden muß. Accordance with the subject of EP-A-0040165 only exists in the parent general task, a person prepare a fitting at one point his body prosthesis, without the need for human intervention or under the influence of pain measurement shall be taken.
  • [0009] [0009]
    Die erfindungsgemäß ausgebildeten Gelenkendoprothesen sind genau an den einzelnen Anwendungsfall angepaßt, so daß ein anatomisch optimaler Sitz der Prothese in einem als Verankerung dienenden Knochen und eine weitgehende Wahrung der Struktur des tragenden Knochens erreicht werden. The inventive design arthroplasty are precisely matched to the individual application, so that an anatomically optimal fit of the prosthesis in a serving as anchoring bone and an extensive respecting the structure of the supporting bone can be achieved. Damit ist die Voraussetzung für eine bleibend wirksame Verankerung der Prothese gegeben. The condition for a consistently effective anchoring the prosthesis is given. Durch die den individuellen anatomischen Gegebenheiten angepaßte Paßform der Endoprothese kann in den meisten Fällen die Anwendung von Knochenzement auf ein Minimum beschränkt bleiben oder völlig überflüssig werden. By the individual anatomical adapted fit the endoprosthesis can be kept to a minimum or are completely unnecessary in most cases, the use of bone cement. Bei Knochenschwund kann sich die Endoprothese nachsetzen. In osteoporosis, the endoprosthesis may repositioning. Vor allem aber können mit der Individualprothese individuelle biomechanische und auch therapeutische Gesichtspunkte besser als bisher Berücksichtigung finden. But above all, better than in the past with consideration of individual prosthesis individual biomechanical and therapeutic aspects.
  • [0010] [0010]
    Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Endoprothese können die Kanten der Stufen des Verankerungsschaftes gebrochen sein und vorteilhafterweise in den bevorzugten Abstützbereichen und/oder den gekrümmten Bereichen des Verankerungsschaftes eine kleinere Höhe als in den übrigen Schaftbereichen aufweisen. In an inventive endoprosthesis the edges of the steps of the anchor shank can be broken and advantageously in the preferred support areas and / or the curved portions of the anchor shank having a smaller amount than in the other shaft portions.
  • [0011] [0011]
    Bei erfindungsgemäß ausgebildeten Hüftendoprothesen kann durch das gewählte Herstellverfahren der Verankerungsschaft auf eine sogenannte Antetorsionsebene, die nach dem Antetorsionswinkel des Gelenkkopfhalsanteils des zu ersetzenden Knochens gewählt wird, ausgerichtet aufgebaut sein. In inventively designed hip prostheses can be constructed in a so-called Antetorsionsebene, chosen by the antetorsion of the condyle neck portion of the bone to be replaced, aligned by the selected production process of the anchor shank. Dabei kann die sogenannte Antetorsionsebene gekrümmt verlaufen und/oder eine begrenzte Verwindung aufweisen. Here, the so-called run Antetorsionsebene curved and / or have a limited torsion. Der größere Herstellungsaufwand bei erfindungsgemäß ausgebildeten Endoprothesen wird durch die erzielbare höhere Passungsgüte, der damit verbundenen höheren Erfolgsquote und vor allem der erzielbaren längeren funktionswirkung der Endoprothesen mehr als wettgemacht. The greater manufacturing effort at inventively designed endoprostheses is more than offset by the higher achievable Passungsgüte, the higher success rate associated and especially the recoverable longer functional effect of the endoprostheses. Auch bringt das bei der Herstellung der Endoprothesen angewandte Verfahren den weiteren Vorteil, daß es weitgehend automatisch mit Computerhilfe und einem entsprechend erhöhten Sicherheitsfaktor ablaufen kann. Also used in the preparation of endoprostheses method has the further advantage that it can largely run automatically with the help of computers and a correspondingly higher safety factor. Bei der Erfassung des von einer Prothese einzunehmenden Bereiches der Schichtbilder kann auch ein entsprechender Spezialist tätig sein, indem er durch eine Konturenbildung mittels eines Deckstiftes oder eines elektronischen Schreibstiftes oder durch eine Flächenabdeckung den Querschnittsverlauf der Prothese weitgehend vorgibt, doch wird in der Regel, da die Schichtbilder klare Konturen ergeben, diese Tätigkeit von automatisch arbeitenden Abtasteinrichtungen übernommen werden. In the detection of be taken by a prosthesis area of the layer images, an appropriate specialist may intervene by the cross-sectional shape of the prosthesis largely predetermines by a contouring using a deck pin or an electronic stylus or a face cover, but it is usually because the tomograms give clear contours, this activity will be taken over by automatically operating scanners. Der von der Endoprothese einzunehmende Bereich der Schichtbilder kann automatisch durch Abtasten mittels eines Licht-oder Elektronenstrahles erfaßt oder vom Computer ausgefiltert werden, und die Speicherung aller Erfassungsdaten der einzelnen Verfahrensschritte kann zweckmäßig in einem Computer erfolgen, der aus den gespeicherten Daten automatisch eine räumliche Kombination der Bereiche der Schichtbilder durchführen und der nach einem vorgegebenen Prüfprogramm, z. B. einer Kollisionsmessung, auch Korrekturen und Modifikationen der erfaßten und gespeicherten Werte durchführen kann. Administered by the endoprosthesis area of the layer images can be automatically detected by scanning by means of a light or electron beam or filtered from your computer and store all the detection data of the individual process steps can be conveniently carried out in a computer from the stored data is automatically a spatial combination of areas of the layer images to perform and can perform the prescribed according to a test program, eg. as a collision measurement, even corrections and modifications of the detected and stored values. So kann der Computer überwachen, daß eine hinterschneidungsfreie Aufeinanderfolge der einzelnen Stufen des Verankerungsschaftes eingehalten wird. Thus, monitor, that an undercut sequence of the individual steps of the anchoring shaft is maintained the computer.
  • [0012] [0012]
    Aus welchem Material die Prothese gebildet ist, ist unwesentlich. The material of which the prosthesis is formed, is immaterial. Hiervon wird lediglich die Herstellung der Prothese anhand der ermittelten Kombinationswerte beeinflußt. Of these, only the production of the prosthesis is affected based on the determined combination values. So kann beispielsweise die Endoprothese mit ihrem Verankerungsschaft aus einem gegossenen, geschmiedeten oder gepreßten Rohling mittels materialabtragender Werkzeuge geformt sein. For example, be formed by means of material-tools with their anchoring stem from a cast, forged or pressed blank, the endoprosthesis. Der Rohling kann dabei an beiden Enden nachträglich entfernbare, Einspann- oder Zentrierflächen bildende Ansatzkörper aufweisen. The blank can subsequently removable on both ends, having clamping or centering visual approach body. Die Endoprothese könnte aber auch anhand eines geschaffenen maßstabsgerechten dreidimensionalen Modelles gefertigt werden. However, the endoprosthesis may also be made on the basis of a three-dimensional model created to scale.
  • [0013] [0013]
    Weitere bevorzugte Merkmale sind in den Ansprüchen 2, 7 und 10 angegeben. Further preferred features are set out in claims 2, 7 and 10.
  • [0014] [0014]
    Individuell gestaltete Gelenkendoprothesen gemäß der Erfindung sind mindestens in ihren Abstützbereichen an den tragenden Knochen angepaßt. Custom arthroplasty according to the invention are adapted at least in their support areas to the supporting bone.
  • [0015] [0015]
    Das Herstellverfahren läßt auch die Berücksichtigung einer osteogenetisch wirksamen oder auch stoßdämpfenden Beschichtung des Endoprothesenkörpers zu. The manufacturing process also allows for the consideration of an effective osteogenetisch or shock-absorbing coating of Endoprothesenkörpers. Beim Einsatz von Computern bei der räumlichen Kombination erfaßter Bereichsdaten der einzelnen Schichtbilder ist es mit Hilfe vorgegebener Steuerprogramme auch möglich, bei der räumlichen Kombination der erfaßten Bereichsdaten Hohlräume in der Endoprothese, Aussparungen zwischen bestimmten Anlagebereichen und selbst eine Schraubengangoberfläche eines Endoprothesen-Verankerungsteiles zu erzielen. The use of computers in the spatial combination of detected area data of the individual layer images, it is also possible with the help of predetermined control programs to achieve voids in the endoprosthesis recesses between certain areas of the plant, and even a screw thread surface of endoprosthesis anchoring part in the spatial combination of the detected field data. Der Einsatz von Computern hat den besonderen Vorteil, daß eine Überprüfung der Belastbarkeit einer erfindungsgemäß individuell angepaßten Endoprothese nicht nachträglich an der gefertigten Endoprothese oder an einem Endoprothesenmodell geprüft werden muß, sondern bereits bei der räumlichen Kombination der erfaßten Bereichsdaten vom Computer anhand eines entsprechenden Prüfprogrammes (z. B. Finite-Element-Programmes) vorgenommen werden kann. The use of computers has the particular advantage that a review of the carrying capacity of an inventively individually adapted endoprosthesis does not have to be subsequently tested in the manufactured endoprosthesis or on a Endoprothesenmodell, but already in the spatial combination of the detected area data from the computer by means of an appropriate test program (eg . as finite element program) can be made.
  • [0016] [0016]
    Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele von Endoprothesen, die erfindungsgemäß individuell nach den gewonnenen und gespeicherten Bereichsdaten mit Hilfe materialabtragender Werkzeuge gefertigt worden sind, anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben. Below are two embodiments of stents that have been inventively produced individually according to the collected and stored range data using material-removing tools, described in more detail with reference to the accompanying drawings.
  • [0017] [0017]
    Im einzelnen zeigen: In detail:
    • Fig. 1 einen Längsschnitt in der sogenannten Antetorsionsebene durch einen mit einer Hüftgelenk-Endoprothese besetzten Oberschenkelknochen; 1 shows a longitudinal section in the so-called Antetorsionsebene by a committee composed of a hip joint endoprosthesis femur.
    • Fig. 2 + 3 der in Fig. 1 bezeichnete Bildausschnitt II, I11 in vergrößertem Maßstab bei unterschiedlich gestalteter Endoprothese; Figure 2 + 3, denoted in Fig 1 picture Section II, I11 on a larger scale in differently shaped endoprosthesis..;
    • Fig. 4 einen gegenüber der Schnittebene nach Fig. 1 um 90° gedrehten Längsschnitt senkrecht zur Antetorsionsebene durch den endoprothesenbesetzten Oberschenkelknochen; Figure 4 shows a relative to the section plane of Figure 1, rotated by 90 ° perpendicular to the longitudinal section through the Antetorsionsebene endoprothesenbesetzten femur..;
    • Fig. 5 - 7 Querschnitte durch den Oberschenkelknochen entlang der Schnittlinien V - V, VI - VI und VII - VII in Fig. 1; Fig 5-7 cross sections through the femur along the section lines V - V, VI - VI and VII - VII in Fig. 1.
    • Fig. 8 eine Einzelansicht eines Verankerungsschaftes einer Hüftgelenk-Endoprothese mit der Antetorsionsebene; Fig. 8 is a detail view of an anchor shaft of a hip joint endoprosthesis with the Antetorsionsebene;
    • Fig. 9 eine Einzeldarstellung einer bei einer Endoprothese möglichen gekrümmten Antetorsionsebene; Fig. 9 is a detail view of a possible case of an endoprosthesis curved Antetorsionsebene;
    • Fig. 10 eine Darstellung einer bei einer Hüftgelenk-Endoprothese auch möglichen gekrümmten und verwundenen Antetorsionsebene; Figure 10 is an illustration of a case of a hip joint endoprosthesis also possible curved and twisted Antetorsionsebene.
    • Fig. 11 einen Querschnitt durch das abgeschnittene und mit einer Endoprothese besetzte Ende eines Schienbeinknochens; Figure 11 is a cross section through the cut, and set with an endoprosthesis end of a tibia.
    • Fig. 12 eine Ansicht des Schienbeinknochenendes in Richtung des Pfeiles XII in Fig. 11. Fig. 12 is a view of the shin bone end in the direction of arrow XII in Fig. 11th
    • Fig. 13 eine Seitenansicht eines Prothesenrohlings für die Herstellung einer Endoprothese nach Fig. 1 - 4. Figure 13 is a side view of a prosthesis blank for the manufacture of an endoprosthesis according to Fig. 1 -. 4th
    • Fig. 14 in der Fig. 6 entsprechender Schnitt durch den Oberschenkelknochen mit einem Auswertungsraster. Fig. 14 in FIG. 6 of corresponding section through the femur with an evaluation pattern.
  • [0018] [0018]
    In den jeweils um 90° gegeneinander versetzten Schnittdarstellungen der Fig. 1 und 4 sind die Seiten des dargestellten Oberschenkelknochens 10 durch Großbuchstaben gekennzeichnet. In the staggered by 90 ° relative to each cross-sectional views of FIGS. 1 and 4, the sides of the femur 10 shown are identified by capital letters. A bedeutet oben, D unten, B bezeichnet die Außenseite, C die Innenseite, E die Vorderseite und F die hintere Seite des Oberschenkelknochens 10. Der Kopf des Oberschenkelknochens 10 ist entlang einer Ebene 11 abgeschnitten. A represents the top, bottom D, B denotes the outer side, the inner side of C, E and F, the front of the rear side of the femur 10. The head of the femur 10 is cut off along a plane 11. Von der dadurch geschaffenen Knochenöffnung 12 aus ist durch Ausschaben von Spongiosa ein Knochenhohlraum 13 geschaffen, in welchen der Verankerungsschaft 14 des einen Gelenkkopf 15 tragenden Teiles einer Hüftgelenk-Endoprothese 16 eingesetzt ist. From the thus created bone opening 12 is made by scraping of a cancellous bone void 13 created is used in which the anchoring shaft 14 of a joint head 15 carrying part of a hip-joint endoprosthesis 16. Der Verankerungsschaft, dessen Seele 16 a in Fig. 1 mit einer strichpunktierten Linie angedeutet ist, ist in einzelne, jeweils rundum verlaufende Stufen 17 gegliedert. The anchoring stem, whose soul 16 a in FIG. 1 is indicated by a broken line is divided into individual, each running all around levels 17. In dem weitgehend geradlinig verlaufenden vorderen und unteren Endabschnitt des Verankerungsschaftes 14 weisen die Stufen 17 eine relativ große Stufenhöhe auf und folgen von der Schaftspitze 18 aus ohne Hinterschneidungen aufeinander, so daß sich ein trichterartig erweiternder Schaft ergibt. In the largely rectilinear front and lower end portion of the anchor shaft 14, the step 17, a relatively large step height and follow the shaft tip 18 from without undercutting each other so that there is a funnel-like widening shaft. Im anschließenden, zum Schenkelhals hin gekrümmten, sich stärker trichterförmig erweiternden Längenbereich des Verankerungsschaftes 14 sind die aufeinanderfolgenden Stufen 17 mit einer kleineren Stufenhöhe ausgebildet. In the following, the femoral neck curved towards to become more funnel-shaped widening range length of the anchor shaft 14, the successive stages 17 are formed with a smaller step height.
  • [0019] [0019]
    Die Konturen der einzelnen Stufen 17 sind mindestens in den in Fig. 1 bezeichneten Hauptabstützungsbereichen X und Y des Verankerungsschaftes 14 individuell an den Querschnitt des geschaffenen Knochenhohlraumes 13 angepaßt, der an der Stelle der einzelnen Stufen 17 des eingesetzten Verankerungsschaftes 14 vorliegt. The contours of the individual steps 17 are individually adapted to the cross section of the created bone cavity 13 at least in the designated in FIG. 1, main support areas X and Y of the anchor shank 14, 17 of the used anchor shank 14 is present at the location of the individual stages. Im unteren Abstützungsbereich X kann die Konturenanpassung der Stufen 17 über den ganzen Umfang des Schaftumfanges 14 vorhanden sein. In the lower support region X, the outline adjustment of the stages 17 can be present over the entire periphery of the shank 14 periphery. Im oberen Abstützungsbereich Y ist die Konturenanpassung an den Knochenhohlraum 13 jedoch überwiegend auf den konkaven Krümmungsbereich des Verankerungsschaftes 14 begrenzt, in welchem die Abstützung auch weitgehend stattfindet. In the upper support region Y, the outline adjustment is, however, mainly limited to the bone cavity 13 on the concave curved area of the anchor shank 14 in which the support also largely takes place. Im konvexen Krümmungsbereich sind dagegen die Stufen 17 auch mit Hinterschneidungen in Richtung von der Schaftspitze 18 zum Gelenkkopf 13 gesehen angeordnet oder ganz aufgehoben und liegen beim Ausführungsbeispiel aus Gründen der guten Einsetzbarkeit des Schaftes nicht an der Begrenzungswandung 18 a des geschaffenen Knochenhohlraumes 13 an. In the convex curvature region, however, the stages are arranged 17 also seen with undercuts in the direction of the shaft tip 18 to the rod end 13 or eliminated altogether and are the embodiment for the sake of good usability of the shaft is not on the boundary wall 18 a of the created bone cavity 13 at. Der dort für das Einführen des Verankerungsschaftes 14 erforderliche, nach dem Einsetzen der Endoprothese aber freibleibende Bereich 13 a (Fig. 1) wird anschließend mit Spongiosa ausgefüllt, könnte aber auch durch einen verbreiterten Rückenbereich 14 a des Prothesenschaftes ausgefüllt werden. The there for the insertion of the anchor shank 14 required, after insertion of the endoprosthesis but remains free portion 13 a (FIG. 1) is then filled with cancellous bone, but could be filled in a of the prosthesis shaft by a widened back 14.
  • [0020] [0020]
    Wie die vergrößerten Teilschnittsbilder der Fig. 2 und 3 zeigen, sind die zwischen einzelnen Stufen 17 befindlichen Randräume 19 des Verankerungsschaftes 14 mit Spongiosa gefüllt, da auf der Compacta 20 des Oberschenkelknochens 10 im Abstützbereich Y eine Übergangsschicht 21 von Spongiosa verbleibt. As shown in the enlarged partial cross-sectional diagrams of FIGS. 2 and 3, which is located between the individual stages 17, edge areas 19 of the anchor stem 14 are filled with cancellous bone because of the compacta 20 of the femur 10 in the support region Y, a transition layer 21 of cancellous bone remains. In Fig. 3 ist ein Verankerungsschaft mit Stufen 17' dargestellt, bei welchem die Stufenkanten 22 gebrochen sind, wodurch sich kleinere Räume 19' zwischen den einzelnen Stufen 17' ergeben. In Fig. 3 an anchor shaft with steps 17 'is shown in which the step edges 22 are broken, resulting in smaller spaces 19' arise between levels 17 '.
  • [0021] [0021]
    Die Querschnitte der Fig. 5 bis 7 durch den Oberschenkelknochen 10 zeigen die individuelle Anpassung der Konturen der an den einzelnen Schnittstellen befindlichen Stufen 17 des Verankerungsschaftes an den Querschnitt des im gelenknahen Bereich durch Ausschaben von Spongiosa geschaffenen Knochenhohlraumes 13. Die Spongiosabereiche 21 sind in den Schnittbildern durch eine Kreuzschraffur angedeutet und von den Compactabereichen 20 des Oberschenkelknochens 10 unterschieden. The cross sections of FIGS. 5 to 7 by the femur 10 show the individual adaptation of the contours of the on each interface stages 17 of the anchor shaft to the cross section of the set up by scraping of cancellous bone in the joint region near the bone cavity 13. The cancellous bone 21 are in the sectional images indicated by a cross hatching and distinguished from the Compact But Eichen 20 of the femur 10. In den Schnittfiguren 3 bis 7 ist jeweils mit einer Linie 23 der Verlauf der sogenannten Antetorsionsebene angedeutet, die nach dem Antetorsionswinkel des Oberschenkel-Gelenkkopfes ausgewählt ist und nach welcher der Verankerungsschaft 14 ausgerichtet ist. In the sectional figures 3 to 7 the shape of the so-called Antetorsionsebene is indicated in each case with a line 23, which is selected according to the antetorsion angle of the femoral condyle and according to which the anchoring shaft is aligned 14. Der Verlauf der Antetorsionsebene ist aus der in Fig. 4 strichpunktiert eingetragenen Linie 23 erkennbar. The course of the Antetorsionsebene be seen from FIG. 4 dash-dot line 23 registered. Eine beim Verankerungsschaft 14 auch mögliche gekrümmte Antetorsionsebene 23' ist schematisch in Fig. 9 dargestellt. When an anchoring rod 14 also possible curved Antetorsionsebene 23 'is shown schematically in Fig. 9. In der Ansicht nach Fig. 8, die dem Schnitt nach Fig. 4 entspricht, ist die Antetorsionsebene 23 als ungekrümmte Ebene eingezeichnet. In the view according to Fig. 8, which corresponds to the sectional view of Fig. 4, the Antetorsionsebene 23 is shown as a non-curved plane. Fig. 10 zeigt schematisch eine Antetorsionsebene 23", die sowohl gekrümmt ist als auch eine Verwindung aufweist und nach welcher ebenfalls Verankerungsteile von Hüftgelenk-Endoprothesen geformt werden können. Fig. 10 shows schematically a Antetorsionsebene 23 ", which is both curved as having a twist and also after which anchoring parts of hip joint endoprosthesis can be formed.
  • [0022] [0022]
    Fig. 11 zeigt den gestuften, ungekrümmt verlaufenden Verankerungsschaft 14' eines Teiles einer Kniegelenk-Endoprothese, der in einem Schienbeinknochen 30 verankert ist. Fig. 11 shows the stepped, not curved extending anchoring shaft 14 'a portion of a knee joint endoprosthesis, which is anchored in a shin bone 30. Der Kopf des Schienbeinknochens 30 ist unter Bildung einer ebenen Schnittfläche 31 abgetrennt. The head of the tibia 30 is separated to form a flat cut surface 31. Auch dort ist ein Knochenhohlraum zur Aufnahme des gestuften und sich in Richtung auf die Knochenöffnung 32 trichterartig erweiternden Verankerungsschaftes 14' im Kopfteil des Schienbeinknochens 30 aus der Spongiosa 21' herausgearbeitet. Also there is '21 in the head part of the shin bone 30 of the cancellous bone' worked out a bone cavity for receiving the stepped and in the direction of the bone opening 32 of funnel-like expanding anchor shank 14. Im verjüngten Schaftbereich des Schienbeinknochens 30 sind die in ihrer Kontur individuell an den jeweiligen Querschnitt des Knochenhohlraumes angepaßten Stufen 17" des Verankerungsschaftes 14' direkt an der Compacta 20' anliegend, wie Fig. 12 erkennen läßt. Der Verankerungsschaft 14' endet in einer Platte 33, welche die gesamte Schnittfläche 31 des Schienbeinknochens 30 abdeckt und die in einem Randflansch 34 endet, welcher genau dem Außenrand der Schnittfläche 31 des Knochens folgt und mit einem nach unten gerichteten Flanschteil den Knochenrand 35 umschließt. Die Platte 33 mit ihrem Flanschrand 34 bildet somit neben ihrer hier nicht näher interessierenden Gelenkfunktion eine Sicherung der Endoprothese mit ihrem gestuften Verankerungsschaft 14' gegen Verdrehen. In the tapered shank portion of the tibia 30 are individually matched in contour to the relevant section of the bone cavity steps 17 "of the anchor shank 14 'directly on the Compacta 20' fitting, as shown in FIG. 12 reveals. The anchor shank 14 'ends in a plate 33 which covers the entire cutting surface 31 of the tibia 30 and terminates in a peripheral flange 34, precisely which follows the outer edge of the cut surface 31 of the bone and with a downwardly directed flange portion of the bone edge encloses 35. The plate 33 with its flanged edge 34 thus forms in addition its of no further interest here joint function a backup of the endoprosthesis with their stepped anchoring stem 14 'against rotation.
  • [0023] [0023]
    Fig. 13 zeigt einen z. B. aus einer Stahllegierung vorgeschmiedeten Endoprothesenrohling 40, an dessen beide Enden parallel zueinander ausgerichtete Scheibenkörper 41 zum Halten und zum Zentrieren des Prothesenrohlings 40 in einer Maschine mit materialabtragenden Werkzeugen angeformt oder angeschweißt sind. Fig. 13 shows a z. B. from a steel alloy pre-forged Endoprothesenrohling 40, at both ends of parallel aligned disk body 41 formed for retaining and centering of the prosthesis blank 40 in a machine with material-removing tools or are welded. Der Rohling 40 ist zur Herstellung einer Hüftgelenk-Endoprothese 16 mit dem gestuften Verankerungsschaft 14 bestimmt. The blank 40 is intended for the manufacture of a hip joint endoprosthesis 16 with the stepped anchor shank 14. Nach der Fertigstellung des gestuften Schaftes werden die beiden Scheibenkörper 41 abgetrennt. After the completion of the stepped shaft, the two disk bodies 41 are separated.
  • [0024] [0024]
    Die Erfassung des von der Prothese einzunehmenden Bereiches in den ermittelten einzelnen Bereichsbildern eines Knochens oder anderen Körperteiles kann mittels eines in die Software des eingesetzten Computers aufgenommenen Rasters erfolgen, anhand dessen die für die Begrenzung der Endoprothese wichtigen Konturenpunkte festgelegt werden. The detection of the area taken by the prosthesis in the identified individual field images of a bone or other body part can be made by an incorporated in the software of the computer used grid against which are important for limiting the endoprosthesis contour points are defined. Das Raster kann beispielsweise ein das einzelne Bereichsbild abdeckendes Gitterraster sein. The grid can be for example a single range image covering the grid pattern. Fig. 14, die im wesentlichen der Fig. 6 entspricht, zeigt ein Sternraster, das dort von einem in der Antetorsionsebene 23 liegenden Sternpunkt 43 ausgeht. Fig. 14, which corresponds substantially to the Fig. 6, shows a star grid emanating there from a point in the neutral point 23 Antetorsionsebene 43. Dieser Sternpunkt kann auch beispielsweise auf der in Fig. 1 eingezeichneten Seele 16 a liegen. This star point can also be, for example, along the marked in Fig. 1 Tube 16 a. Die Achse, auf welcher die Sternpunkte 43 aufeinanderfolgender Bereichsbilder liegen, kann also gerade, gekrümmt oder auch torquiert verlaufen. The axis on which the star points are 43 consecutive range images, so it can be straight, curved, or even run torqued. Auf den einzelnen Sternlinien 46 des Rasters wird anhand der Dichtewerte entweder der Beginn 47 der Übergangszone 44 zwischen Compacta 20 und Spongiosa 21 oder der Beginn 48 der Compacta 20 (starker Dichtewertwechsel) erfaßt. On the individual star of the grid lines 46 of the transition zone between 44 and 20 Compacta spongiosa 21 or the beginning of the 48 Compacta 20 (strong density value change) is detected from the density value of either the beginning 47. Von diesen ermittelten Punkten 47 oder 48 können automatisch z. B. strecken- oder winkelabhängige Korrekturabzüge vorgenommen werden, und anhand dieser korrigierten Werte wird dann die Kontur 49 der Endoprothese 16 (17) unter Beachtung der weiteren vorstehend genannten Verfahrensschritte festgelegt. Of these, 47 or 48 points determined automatically z. B. can trackside or angle-dependent correction deductions are made, and the contour is then based on these corrected values of the endoprosthesis 49 16 (17) determined in steps with respect to the further above.
Patent Citations
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International ClassificationA61F2/00, A61F2/32, A61F2/30, A61F2/36
Cooperative ClassificationY10S623/914, A61F2/3662, A61F2002/30332, A61F2002/30948, A61F2310/00017, A61F2/3094, A61F2002/365, A61F2220/0033, A61F2/30942, A61F2002/369
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